Vật lý hạt cơ bản

Máy gia tốc và thí nghiệm va chạm hạt

Máy gia tốc truyền năng lượng cho hạt bằng điện trường; detector ghép thông tin vết tích, năng lượng và muon để tái dựng va chạm và kiểm tra mô hình vật lý.

Máy gia tốc tuyến tính dùng các khoang điện trường biến thiên; synchrotron uốn và hội tụ chùm bằng nam châm khi hạt chạy trong quỹ đạo vòng. Đối với hạt tích điện, điện trường làm công; nam châm lý tưởng đổi hướng chứ không tăng động năng.

Đọc dấu vết detector

Tracker thường là silicon và đo các vết tích điện trong từ trường để suy ra dấu điện tích và độ lớn động lượng ngang. Calorimeter điện từ hấp thụ electron/photon; calorimeter hadron hấp thụ phần lớn hadron. Detector muon ở ngoài nhận các hạt xuyên sâu. Neutrino thường thoát khỏi detector nên được suy ra từ động lượng mất cân bằng.

Từ sự kiện đến kết luận

Nhà nghiên cứu chọn kênh phân rã, tái dựng vật thể, ước lượng nền và so sánh phân bố với dự đoán. Một ứng viên mới cần ý nghĩa thống kê phù hợp, hệ thống được kiểm soát, nhiều phép kiểm tra và tái lập độc lập; phát hiện không chỉ là một sự kiện lạ.

Trong máy gia tốc vòng, độ cứng từ của chùm được đặc trưng bởi $B\rho=p/q$: từ trường $B$ và bán kính quỹ đạo $\rho$ xác định động lượng trên điện tích. Tần số RF phải đồng bộ với thời gian hạt đi qua các khoang, còn nam châm hội tụ giữ chùm hẹp để tăng va chạm hữu ích. Độ sáng tích phân càng lớn thì càng thu được nhiều sự kiện hiếm, nhưng độ sáng cao cũng làm bài toán chồng lấn va chạm và tái dựng phức tạp hơn.

Động lượng bất biến $s$ giúp phân biệt năng lượng hữu ích trong hệ khối tâm với năng lượng chùm lab. Trong va chạm đối đầu, hai động lượng gần triệt tiêu nên phần lớn năng lượng có thể tạo trạng thái mới; với bia đứng yên, động lượng toàn phần lớn khiến năng lượng khối tâm tăng chậm hơn. Sau va chạm, bảo toàn năng lượng–động lượng cùng các khối lượng bất biến của hệ sản phẩm cho phép truy tìm hạt trung gian không bền.

Trắc nghiệm nhanh